3. 2. Ледниковые этапы в истории Земли
Резкое похолодание квартера кардинально изменило геологические процессы: на материках северного полушария, где около 230 млн лет главным экзогенным агентом была текучая вода, в четвертичном периоде контроль над процессами седиментации захватили покровные ледники и многолетняя мерзлота.
Оледенения квартера не уникальны в истории – об этом свидетельствуют тиллиты – древние моренные отложения, обнаруженные в разновозрастных слоях всех материков. Изучение тиллитов и сопряженных с ними образований доказало тождественность генетических типов отложений, присущих древним и плейстоценовым ледниковьям. Каждый продолжительный холодный этап делился на более короткие холодные (ледниковые) и теплые (межледниковые) подэтапы. Следовательно, главные тенденции развития природы в далеком прошлом были такими же, как в квартере. По мнению Н.М. Чумакова, “неоднократное повторение сходных ледниковых событий на протяжении последних 2,5 млрд. лет указывает на то, что оледенения – это закономерный этап развития внешних оболочек Земли, начиная по крайней мере с раннего протерозоя” [10].
До сих пор распространено представление о достаточно жесткой ритмичности в развитии ледниковых покровов [2]: по разным оценкам, они возникали через каждые 150–180 или 200–250 млн. лет (рис. 3). Новые исследования позволили усомниться в такой периодичности и пересмотреть возрастные рубежи многих горизонтов тиллитов. Н.М. Чумаков [10] утверждает, что глобальные потепления и похолодания были чрезвычайно растянуты во времени, и ледниковые мегахроны Земли приурочены к четырем временным интервалам:
к началу раннего протерозоя (длительность 150–300 млн лет);
к позднему рифею и венду (длительность 300 млн лет);
к среднему и позднему палеозою (длительность 200 млн лет);
ко второй половине кайнозоя (длительность 30 млн лет).
Соответственно, разделявшие их теплые мегахроны продолжались от 120 до 1400 млн лет. Древнейшие оледенения, возможно, возникли в позднем архее: в верхнеархейском комплексе Витватерсранд Южной Африки найдены тиллоиды (сходные с тиллитами породы) возрастом 2,7 млрд лет.
Рис. 3. Гипотетическая последовательность ледниковых и теплых периодов за последний миллиард лет (Б. Джон и др., 1982)
Первый достоверный ледниковый этап – ранний протерозой: в Канаде, Южной Африке, Австралии, Индостане вскрыты гляциальные осадки гуронской ледниковой эпохи (2, 25 млрд лет). В Канаде они образуют три гляциогоризонта, разделенных слоями, накопившимися в теплых условиях.
Тиллиты позднего рифея найдены на всех обитаемых материках. Нередко представлены серией из двух-трех гляциогоризонтов, накопившихся в интервале 900–740 млн лет назад (горизонты конголезский и заирский в Африке, стертовский в Австралии; свиты Маунт-Роджерс и Гаскиерс Северной Америки; серии Жаганда и Пуга в Бразилии и Парагвае).
Тиллиты раннего венда, возрастом 650 млн лет, образуют лапландский ледниковый горизонт, простирающийся от Шпицбергена до Украины, от востока Гренландии до Урала, вскрыты на западе Африки, в Центральной и Восточной Азии, Австралии, Северной Америке. Нередко выделяют два подгоризонта, разделенных неледниковыми отложениями.
Ледниковые отложения позднего венда установлены в Центральной и Восточной Азии (байконурский гляциогоризонт), в Африке (на севере, западе и юго-западе).
В позднем ордовике и раннем силуре ледники захватили Северную Америку, Западную Европу, восток Южной Америки, юг, запад и север Африки, Аравийский полуостров (рис. 4). Установлено не менее трех циклов развития ордовикско-силурийских ледников.
Рис. 4. Распространение и фации верхнеордовикских-нижнесилурийских ледниковых отложений [10]:
а – континентальные; б – ледниково-морские и континентальные; в – переработанные оползнями ледниковые; г – ледниково-морские; д – направление движения ледников; е – предполагаемые ледниковые щиты и покровы; ж – ледниковые отложения, возможно, верхнеордовикского возраста; з – основные верхнеордовикские-нижнесилурийские тиллоиды; и – южная граница распространения индикаторов теплого климата в ордовике и раннем силуре
В позднем девоне оледенение охватило север и юг Бразилии, запад и юг Африки, север Антарктиды (рис. 5).
Великое оледенение Гондваны растянулось с середины карбона до конца перми, охватило Австралию, Антарктиду, Южную Америку, Южную Африку, Аравию, Индостан (рис. 6). На этих территориях представлена серия ледниковых и межледниковых отложений. Следы синхронного похолодания отмечены в породах северо-востока Сибири.
В интервале от поздней перми до раннего неогена следов оледенений не обнаружено. Разнообразные материалы свидетельствуют о высоких температурах климата мезозоя и большей части кайнозоя (рис. 7).
Рис. 5. Распространение и фации верхнедевонских ледниковых отложений [10]:
а – континентальные; б – ледниково-морские и континентальные; в – предположительно верхнедевонские ледниковые; г – тиллоиды; д – направление движения ледников.
Рис. 6. Распространение и фации ледниковых отложений карбона и перми [10]:
а – континентальные; б – ледниково-морские и континентальные; в – ледниково-морские; г – важнейшие верхнепалеозойские тиллоиды; д – направление движения ледников; е – граница максимального распространения нижнепермского-верхнекарбонового южного ледникового пояса на север и южного аридного пояса на юг; ж – граница экваториального гумидного и южного аридного поясов; з – граница экваториального гумидного и северного аридного поясов; и – граница северного аридного и умеренно холодного поясов; к – предполагаемые верхнепалеозойские ледниковые отложения
Очередное похолодание началось в позднем эоцене. Первоначально охватило только южное полушарие – порядка 30 млн лет назад в Антарктиде начали формироваться горные ледники, к концу олигоцена и покровные. В миоцене Антарктический ледовый щит оформился окончательно. В миоцене возникают первые горные ледники северного полушария – в горном обрамлении залива Аляска, то есть там, где и сегодня представлены величайшие горные и предгорные ледники [8]. Деятельность аляскинских ледников привела к тому, что на дне морском накопилась грандиозная ледниково-морская свита Якатага. Ее суммарная мощность превышает 3 км, причем на осадки миоцена приходится 1,5 км [10].
Климат миоцена менялся в сторону похолодания и роста континентальности. С середины до конца миоцена на территории современных субтропиков среднегодовые температуры понизились на 5 °С (от 20 до 15 °С). Из субтропических лесов исчезли вечнозеленые тропические растения, затем теплолюбивые хвойные и многие широколиственные. Сильнее всего похолодало в высоких и умеренных широтах. Около 5 млн лет назад, на границе миоцена и плиоцена, наступило непродолжительное потепление, вызвавшее отступление ледников на юге и морскую трансгрессию.
Покровное оледенение северных материков началось в четвертичном периоде, когда температуры в заполярье упали на 10–15 °С. Границы плейстоценовых ледниковых покровов достигали в среднем 57° с.ш., а морские льды сдвигались к тропикам на 10° в южном полушарии, и на 15° в северном. Под ледниками было погребено до 40 млн. км2 – почти 30 % территории суши. Добавим 27 млн. км2, скованных многолетней мерзлотой (20 % суши), и получим 50 % площади суши, находившейся в плену мерзлотных процессов. Более 40 % акватории Мирового океана находилось под шельфовыми, припайными, паковыми и плавучими льдами.
Сегодня 8 % объема ледников концентрируется в северном полушарии, в плейстоцене его доля составляла не менее 60 %. Древние покровные ледники занимали 25 % площади Евразии и 60 % Северной Америки [11].
Рис. 7. Термическая кривая для мезо-кайнозоя Русской равнины [12].
Рис.8. Максимальное развитие оледенения Северного полушария 18 тыс. лет назад [13]:
1 – ледниковые зоны, 2 – шельфовые ледники; 3 – приледниковые озера.
Ледниковые покровы: Баренцевоморский (Б), Британский (Бр), Восточно-Сибирский (ВС), Гренландский (Г), Иннуитский (ИН), Исландский (И), Карскоморский (К), Кордильерский (КО), Лаврентийский (Л), Ньюфаундлендский (Н), Путоранский (П), Скандинавский (С).
Крупнейшие покровные ледники размещались в Северной Америке – здесь существовало три центра оледенения: Кордильерский, Иннуитский (островов Канадского арктического архипелага), Лаврентийский (рис. 8). Сползавшие с них ледники сливались на Центральных и Великих равнинах, и опускались до 38° с. ш. (рис. 9). Рядом размещался Гренландский ледниковый покров.
Рис. 9. Границы ледниковых покровов центральной части США
(по К. И. Лукашеву, 1971):
1 – оледенения висконсин; 2 – оледенений иллинойс и канзас (предполагаемая граница показана пунктиром); 3 – оледенения небраска
Второе место занимала Европа (рис. 10) – ледники двигались со Скандинавских гор, Кольского полуострова, Уральско-Новоземельского центра. В Южной Европе глетчеры захватывали подножья, возможно, сливались с покровными ледниками. Предельная граница распространения ледников достигала 48°40´ с. ш. (устье реки Орель, недалеко от Днепропетровска).
Третье место принадлежало Западной Сибири – ледники двигались с Уральско-Новоземельского центра, гор Бырранга, плато Путорана, накрывали ее север и центр, останавливаясь на 60° с. ш. [14].
В Восточной Сибири, на Дальнем Востоке ледники захватывали изолированные горные вершины и самые высокие плоскогорья.
Похолодание плейстоцена сказалось и в низких широтах. В горах Кения и Килиманджаро снеговая граница понижалась на 2700 м относительно современной. В Атласе и Австралийских Альпах она проходила на высоте 1000 м. Даже в экваториальном поясе Африки снеговая граница лежала на 500 м ниже современной [11].
Рис. 10. Площадь современного и древнего оледенения северного полушария
(по К. И. Лукашеву, 1971):
1 – область современных плавучих льдов; 2 – область древних плавучих льдов; 3 – область современного оледенения; 4 – область максимального оледенения;
5 – область современной многолетней мерзлоты